芯片制造关键：浅沟道隔离工艺技术深度剖析

浅沟道隔离（STI）作为芯片制造中的关键工艺技术，在半导体器件领域发挥着举足轻重的作用。其主要功能是在半导体器件中构建电学隔离区域，有效防止相邻晶体管之间出现电流干扰现象。本文简单介绍浅沟道隔离技术的作用、材料和步骤。

本质上来说，STI 是在硅衬底上刻蚀出浅层沟槽，然后填充如二氧化硅这类绝缘材料，以此将不同的晶体管或者电路模块分隔开来。就拿 PMOS 和 NMOS 晶体管举例，它们借助 STI 结构实现物理隔离，避免了因载流子聚集而引发的漏电问题。

浅沟道隔离的作用

1.电气隔离：能够防止相邻器件间的电流串扰，显著提升芯片的稳定性。在复杂的芯片电路中，各个晶体管紧密排列，若没有有效的隔离措施，电流串扰会严重影响芯片的性能和可靠性。

2.降低漏电：通过对沟槽底部的内衬层结构进行优化，减少载流子聚集，从而避免漏电情况的发生。漏电问题不仅会消耗额外的电能，还可能导致芯片发热，影响其正常工作。

3.提升性能：采用多级沟槽设计，例如宽度逐级递减的方式，可增加栅极沟道宽度，降低电阻，进而增强电流驱动能力。这对于提高芯片的运算速度和处理能力具有重要意义。

4.工艺兼容性：与 CMOS 工艺高度兼容，非常适用于高密度集成电路的制造。随着集成电路的集成度不断提高，对工艺兼容性的要求也越来越高，STI 工艺正好满足了这一需求。

浅沟道隔离的材料

STI 结构的材料由多个功能层构成，每个层次都有其独特的作用。

浅沟道隔离的制程工艺

STI 工艺主要包含以下核心步骤：

1.沟槽刻蚀

在硅衬底上通过光刻和干法刻蚀形成浅沟槽，其深度通常在 0.2 - 0.5μm 之间。光刻技术能够精确地定义沟槽的位置和形状，干法刻蚀则可以保证刻蚀的精度和一致性。

2.热氧化层生长

在沟槽内壁生长一层约 10 - 20nm 的 SiO₂，这层热氧化层可以修复刻蚀过程中造成的损伤，并降低界面态密度，提高器件的电学性能。

3.内衬层沉积与处理

沉积氮化硅等材料作为内衬，随后选择性地去除沟槽底部的内衬层，避免漏电现象的发生。

4.高密度等离子体氧化物填充

使用 SOD 旋涂填充 SiO₂，之后进行回火工艺固化 SiO₂，确保填充材料的稳定性和可靠性。

5.化学机械抛光（CMP）

去除表面多余的氧化物，使硅片表面达到平坦化的效果，为后续的工艺，如栅极制作等做好准备。

浅沟道隔离工艺技术在芯片制造中扮演着不可或缺的角色，随着芯片技术的不断发展，对 STI 工艺的要求也会越来越高，其技术也将不断创新和完善。